Роботы будущего: ученые создают устройства, способные менять форму как живые организмы
Инженеры разработали полимерную структуру, которая может самостоятельно трансформироваться, запоминая и изменяя форму. Это открытие приближает нас к созданию роботов нового поколения — гибких, адаптивных и энергоэффективных.
Команда инженеров из Университета штата Северная Каролина (США) представила уникальную полимерную структуру, способную быстро менять форму и принимать десятки устойчивых трёхмерных конфигураций. Исследование опубликовано в журнале Nature Materials и уже вызвало большой интерес в области мягкой робототехники — направления, вдохновленного природными формами движения и трансформации живых существ.
Основой устройства стал тонкий полимерный лист с параллельными прорезями. При соединении краев он превращается в объемную фигуру, напоминающую китайский бумажный фонарик. Благодаря такой геометрии конструкция является бистабильной — то есть может устойчиво существовать сразу в двух разных формах.
Когда структура сжимается, она накапливает упругую энергию и переходит в другую форму, а при обратном преобразовании мгновенно высвобождает энергию. Это свойство напоминает принцип работы живых тканей, например, мышц или суставов, которые тоже «запоминают» форму и могут быстро переходить между состояниями.
Магнитное управление и механический интеллект
Особую инновационность системе придает тонкий магнитный слой, нанесенный на поверхность полимера. Он позволяет управлять трансформациями дистанционно — с помощью магнитного поля.
«Мы фактически создали структуру, способную к запрограммированному движению без проводов и внешних механизмов, — объясняет ведущий автор работы, инженер-механик доктор Джонатан Ким. — Это шаг к роботам, которые смогут адаптироваться к окружению так же естественно, как живые организмы».
Магнитное управление открывает широкие перспективы: такие устройства можно использовать как мягкие захваты, деликатно взаимодействующие с хрупкими объектами (например, клетками или тканями в медицине), фильтры для управления потоками жидкостей или даже как миниатюрные разворачивающиеся конструкции, которые активируются по команде.
Программирование формы: наука о трансформациях
Чтобы точно управлять поведением «фонариков», ученые создали математическую модель, описывающую взаимосвязь между геометрией, упругими свойствами материала и количеством накопленной энергии.
По сути, речь идет о «программировании формы» — инженеры могут заранее задать, какие конфигурации примет структура, насколько устойчива она будет в каждом состоянии и сколько энергии выделит при переключении.
Это открывает путь к созданию механических метаматериалов — материалов с заранее заданными свойствами, которые можно изменять в реальном времени.
Применения: от медицины до космоса
Исследователи подчеркивают, что возможности технологии не ограничиваются лабораторными демонстрациями. В будущем подобные структуры могут стать основой для:
- медицинских микророботов, которые смогут двигаться по кровеносным сосудам, раскрываясь в нужный момент для доставки лекарств;
- инженерных систем, способных менять форму при изменении нагрузки или температуры;
- космических аппаратов, где требуется компактность при запуске и способность быстро разворачиваться на орбите;
- мягких протезов и реабилитационных устройств, реагирующих на сигналы тела.
В ходе экспериментов инженеры уже продемонстрировали, как полимерная конструкция открывается и закрывается под водой, регулируя поток жидкости, а также способна мгновенно расширяться, превращаясь из компактной заготовки в объемный элемент.
Новый шаг к живой робототехнике
Современная робототехника все чаще обращается к принципам, подсмотренным у природы. Гибкие роботы, вдохновленные осьминогами, медузами и растениями, демонстрируют, что будущее машин — не в жестких металлических каркасах, а в пластичных и «умных» материалах, способных учиться, адаптироваться и даже «чувствовать» свое состояние.
«Это не просто очередная инженерная игрушка, — говорит доктор Ким. — Мы фактически проектируем материалы, которые обладают внутренней логикой и способны самостоятельно перестраиваться. Это начало новой эры — эры механических организмов».
Исследование из Университета Северной Каролины демонстрирует, как далеко продвинулась наука в создании «живых» машин. Управляемые магнитным полем, запрограммированные на трансформацию, энергоэффективные и адаптивные конструкции — это прототипы будущего, где граница между живым и искусственным становится все тоньше.
Если сегодняшние роботы — это инструменты, то завтрашние, возможно, станут партнерами человека: чувствительными, гибкими и по-настоящему разумными.
Ранее журналисты сайта «Пронедра» писали, что в Мехико протестируют роботов для помощи в процессе оплодотворения
